1. Mở đầu
Quặng gốc titanomanhêtit và titanohêmatit là nguồn nguyên liệu quan trọng nhất để sản xuất titan. Mỏ Titan Cây Châm phân bố ở phía tây bắc khối Núi chúa có trữ lượng quặng titan gốc cấp B + C1 + C2 là 4 441 600 tấn inmênit. Các thân quặng gốc này là các đới quặng hóa có độ tập trung cao inmênit dạng xâm tán nằm trong gabro hạt lớn đạt đến hàm lượng công nghiệp. Quặng gốc có thành phần khoáng vật chính là: Inmênit mầu xám đen, ánh nâu nhẹ, phong hóa có mầu đỏ chiếm 10 – 70%, pyrotil 1- 3%, chalcopyrit, rutin với tỷ lệ nhỏ. Hàm lượng inmênit trong quặng giàu thay đổi từ 30 – 70%, trong quặng nghèo từ 10 – 20%, ngoài ra còn có các nguyên tố đi kèm như: FeO, Fe2O3, V2O5, Ta2O5, Nb2O5. Thể trọng từ 3,2 – 3,39 tấn/m3 và phụ thuộc vào hàm lượng inmênit. Quặng gốc gồm hai thân quặng phía đông và phía tây.
2. Kết quả nghiên cứu
Quặng có cấu tạo khối đặc xít, ổ, xâm tán, kiến trúc dạng tấm hạt, thường là tha hình, ít tấm tự hình, xếp sắp liền nhau tạo thành khối chặt sít, chỉ phân biệt được ranh giới hạt dưới hai nicol chéo. Các tấm có song tinh dạng tấm hoặc song tinh cắt chéo nhau. Trên bề mặt titanomanhêtit xuất hiện, hiện tượng limônit hoá và leucocen hoá với mức độ nhẹ tạo thành limônit và leucocen phát triển rải rác, đôi khi tạo thành các vi mạch hoặc bám theo ranh giới hạt. Thành phần các khoáng vật chủ yếu theo cấp hạt phân tích bằng phương pháp phân tích trọng sa nhân tạo thu được như sau: Inmênit khoảng ~ 44%. Các tạp chất có hại trong mẫu chủ yếu là amphybol, pyroxen, mica, thạch anh… (~ 26 %) và các sunfua sắt (~ 14%), các khoáng oxýt sắt cũng chiếm tới ~ 16 % v.v…
Kết quả phân tích thành phần độ hạt của mẫu nghiên cứu cho thấy titan phân bố khá đồng đều trong các cấp hạt. Cấp – 0,074 mm cũng có hàm lượng TiO2 đến 14,36 %, với phân bổ 4,47 %.
Sau đây là một số kết quả nghiên cứu công nghệ tuyển quặng titan gốc có hàm lượng TiO2 = 22,06% và một số tạp chất khác.
2.1. Công nghệ tuyển trọng lực
Đã tiến hành nghiên cứu khả năng tuyển thu hồi quặng tinh titan gốc bằng phương pháp tuyển trọng lực trên vít đứng và trên bàn đãi.
Kết quả thí nghiệm tuyển trên vít đứng mẫu quặng titan gốc đã nhận được quặng tinh có chất lượng khá thấp hàm lượng TiO2 chỉ đạt 27,73 %, ứng với thực thu 70,09%. Phần titan mịn bị trôi vào quặng thải tương đối nhiều, cần được xử lý tiếp để thu hồi nâng cao thực thu sản phẩm.
Kết quả thí nghiệm trên bàn đãi cũng đã nhận được quặng tinh không như mong muốn, hàm lượng TiO2 đều thấp, cao nhất đạt là 34,12% ứng với thực thu 80,83 %. Như vậy khả năng nhận được quặng tinh có chất lượng cao từ khâu tuyển trọng lực bằng bàn đãi và vít đứng sẽ không hiện thực.
2.2. Công nghệ tuyển từ.
Với các loạt thí nghiệm khác nhau, đối với mẫu nghiên cứu, nếu chỉ bằng phương pháp tuyển từ sẽ không nhận được quặng tinh titan đạt chất lượng cao và các chỉ tiêu tuyển cũng ở mức hạn chế. Khi tuyển từ quặng tinh bàn đãi các cấp -2 mm và -1 mm cũng không nhận được quặng tinh đạt yêu cầu. Quặng tinh ở cấp từ trường 2A khi tuyển từ quặng tinh đãi cấp -1 mm có hàm lượng TiO2 cao nhất cũng chỉ đạt 39,34 % .
Tóm lại: Kết quả tuyển trọng lực cũng như tuyển từ mẫu quặng titan gốc cho thấy nếu chỉ bằng phương pháp tuyển trọng lực, tuyển từ sẽ không nhận được quặng tinh titan đạt chất lượng cao và các chỉ tiêu tuyển như mong muốn. Do trong mẫu có chứa một lượng sunfua sắt (pyrit, pyrotil) nên phương pháp tuyển trọng lực, tuyển từ cần được áp dụng phối hợp với phượng pháp tuyển nổi để có thể nhận được quặng tinh đạt chất lượng và nâng cao được các chỉ tiêu tuyển.
2.3. Công nghệ tuyển nổi.
Đối với quặng titan gốc Mỏ cây Châm, mục đích của nghiên cứu tuyển nổi nhằm: Thu hồi quặng tinh có hàm lượng TiO2 tương đối cao để cung cấp cho luyện kim. Ngoài ra sẽ nghiên cứu khả năng kết hợp của phương pháp tuyển nồi và phương pháp tuyển trọng lực để thu hồi quặng tinh titan có hiệu quả và làm giảm chi phí tới mức có thể của việc gia công, xử lý quặng.
Đã nghiên cứu xác định được các điều kiện tuyển tối ưu, kết quả thí nghiệm tuyển như sau:
– Với độ mịn nghiền đến 86,67% cấp -0,074mm, quặng tinh sunfua thu được có hàm lượng TiO2 là 5,34%, ứng với thực thu là 3,26 %; quặng tinh titan thô thu được có thu hoạch 37,45%, hàm lượng TiO2 là 36,30%, ứng với thực thu là 61,62 %. Kết quả các thí nghiệm cho thấy độ mịn nghiền đến 86,67% cấp – 0,074mm là tốt nhất.
+ Chế độ thuốc tuyển đối với khâu tuyển nổi sunfua
– Với chi phí 500g/t xôđa (pH=7,5) quặng tinh sunfua thô thu được khá tốt, có thu hoạch là 13,72 %; hàm lượng S: 42,73 % ứng với thực thu là 98,04 %. Trong qúa trình nghiên cứu tiếp theo đã chọn mức chi phí xôđa là 500 g/t cho khâu tuyển nổi sunfua.
– Với chi phí xantat thay đổi từ 80 đến 200 g/t thì thu hoạch quặng tinh tăng từ 12,74 % lên đến 14,33 %, hàm lượng S giảm từ 42,81 xuống còn 41,21 %. Với chi phí xantat 160 g/t cho kết quả cao hơn cả với thu hoạch quặng tinh thô 13,93 %; hàm lượng S 42,25 % ứng với thực thu 98,37%.
+ Chế độ thuốc tuyển đối với khâu tuyển nổi titan
– Kết quả các thí nghiệm thuốc điều chỉnh môi trường cho thấy với chi phí 1000g/t (pH=6,0) axit H2SO4 quặng tinh titan thô thu được là tốt nhất, có thu hoạch 37,45 %; hàm lượng TiO2: 36,30% ứng với thực thu là 61,62 %. Trong qúa trình nghiên cứu tiếp theo đã chọn mức chi phí 1000g/t (pH=6,0) axit H2SO4.
– Kết quả thí nghiệm thuốc tập hợp cho thấy với chi phí hỗn hợp OlNa+Alkylsunfat tỷ lệ 1:1 với chi phí 1400 g/t quặng tinh thô thu được có hàm lượng TiO2 37,65%, ứng với thực thu 86,51%. Khi tăng chi phí lên 1600g/t hàm lượng TiO2 giảm xuống còn 34,13%. Trong các thí nghiệm tiếp theo sẽ chọn chi phí hỗn hợp OlNa+Alkylsunfat là 1400g/t.
– Kết quả thí nghiệm thuốc đè chìm cho thấy, với chi phí Na2SiF6 khoảng 1500 g/t có tác dụng tốt cho quá trình tuyển nổi titan, quặng tinh titan thô nhận được có chất lượng tốt hơn cả, thu hoạch 50,69%, hàm lượng TiO2= 37,25%, tương ứng với thực thu 85,75%.
– Để nâng cao mức thực thu titan, đã tiến hành nghiên cứu thí nghiệm tuyển vét. Kết quả nghiên cứu cho thấy, đối với mẫu nghiên cứu chỉ cần 1 lần tuyển vét là đủ.
Từ các thí nghiệm nghiên cứu chế độ tuyển cho thấy hàm lượng TiO2 trong quặng tinh thô chưa đạt chất lượng thương phẩm. Để nâng cao chất lượng quặng tinh thô, đáp ứng mục tiêu của đề tài, đã tiến hành nghiên cứu một số sơ đồ tuyển gồm nhiều công đoạn tuyển tinh quặng tinh thô. Kết quả nghiên cứu đã khảng định để thu được quặng tinh titan đạt chất lượng cao, nhất thiết phải tuyển tinh 4 lần.
2.4. Nghiên cứu sơ đồ tuyển
Từ kết quả thí nghiệm các điều kiện, chế độ tuyển các mẫu đơn lẻ và kết quả nghiên cứu thành phần vật chất mẫu quặng, đã tiến hành nghiên cứu tiếp với các thí nghiệm sơ đồ vòng kín. Nghiên cứu thí nghiệm tuyển theo các sơ đồ vòng kín sẽ có sự quay vòng của các sản phẩm trung gian, do vậy cần phải thí nghiệm với nhiều vòng để các chỉ tiêu nhận được có độ ổn định và độ tin cậy cao. Đây là lần cuối nhằm kiểm tra lại các điều kiện và chế độ tuyển, đồng thời cũng để khẳng định lại các chỉ tiêu công nghệ tuyển nổi có thể đạt được trong phòng thí nghiệm đối với mẫu quặng nghiên cứu. Đã tiến nghiên cứu trên sơ đồ công nghệ gồm có khâu tuyển nổi lưu huỳnh, khâu tuyển nổi TiO2 gồm 1 tuyển chính, 4 tuyển tinh, 1 tuyển trung gian và 1 tuyển vét, kết quả thể hiện ở bảng 1:
Bảng 1: Kết quả nghiên cứu sơ đồ vòng kín
| TT | Tên sản phẩm | Thu hoạch, γ % | Hàm lượng TiO2, % | Thực thu TiO2, % |
| 1 | Quặng tinh sunfua | 8,85 | 2,90 | 1,17 |
| 2 | Quặng tinh TiO2 | 37,04 | 45,68 | 76,88 |
| 3 | Quặng thải | 54,11 | 8,93 | 21,96 |
| Quặng đầu | 100,00 | 22,01 | 100,00 | |
Kết quả tuyển đã nhận được quặng tinh titan đạt chất lượng cao, hàm lượng TiO2 đạt yêu cầu xuất khẩu và đáp ứng mục tiêu đề tài đã đặt ra. Quặng tinh cuối cùng có thu hoạch 37,04%, hàm lượng TiO2 = 45,68%, với thực thu TiO2 là 76,88%. Quặng thải có hàm lượng TiO2 = 8,93%, với phân bố TiO2 là 21,96 %.
Kết luận: Ở quy mô phòng thí nghiệm đã nghiên cứu thành công sơ đồ công nghệ tuyển quặng titan gốc Cây Châm – Núi Chúa – Thái Nguyên. Kết quả nghiên cứu khẳng định khả năng và hiệu quả tuyển quặng titan gốc Cây Châm -Núi Chúa – Thái Nguyên, đã nhận được quặng tinh đạt yêu cầu chất lượng cao cung cấp nguyên liệu cho thị trường trong nước cũng như xuất khẩu.
Đề tài hoàn thành đã mở ra triển vọng xử lý được nguồn quặng titan gốc vùng Núi Chúa – Thái Nguyên, có thành phần vật chất, thành phần hóa tương tự như mẫu nghiên cứu, tăng sản lượng và hiệu quả kinh tế nói chung.
Vũ Tân Cơ, Trần Thị Hiến (Viện KH&CN Mỏ – Luyện kim)
Hoahocngaynay.com
